這第二個問題之所以容易回答,是因為我們有好多種測量光速的方法。 由於人們能夠察覺自遙遠星體射來的微弱光線的變化,也由於人們自己能發射出強大的光束,這些測量方法就成了切實可行的事情。 在與引力場打交道時,我們就沒有這些有利條件了。 研究微弱的引力場的微小變化是十分困難的,而且,我們也無法在地球上產生強大的引力作用,讓它們傳播很遠的距離。 因此,我們只好局限於理論上進行探討了。 目前,已知宇宙間有四種相互作用:(1)強相互作用;(2)弱相互作用;(3)電磁相互作用;(4)引力相互作用。 前兩種是短程作用,隨距離的增大而迅速減小,到了超過原子核直徑的地方,它們已經微弱得可以忽略不計了。 電磁作用和萬有引力作用是遠程的,它們反比於距離的平方而減弱。 這就是說,即使是在天文距離上,也能感覺到這兩種作用。 物理學家相信,兩個物體間的任何一種相互作用都是通過交換亞原子粒子來實現的。 所交換的粒子質量越大,相應的作用範圍就越小。 例如,強相互作用是由於交換質量比電子大270倍的π介子而產生的,弱相互作用是由於交換質量更大的W粒子而產生的(順便說一下,這個粒子還未被發現)。 如果所交換的粒子根本就沒有質量,那麼,相應的作用範圍就是無限大的,這正是電磁相互作用的情況。 這時所交換的粒子是沒有質量的光子。 這樣一束沒有質量的光子就是一束光線,或一束輻射。 引力相互作用也像電磁作用一樣是遠程的,因此,它也應該交換一種沒有質量的粒子——人們稱之為「引力子」。 而且,物理學家有十分充足的理由假設,在真空中,沒有質量的粒子只能以光速運動。 這就是說,速度約為每秒300,000公里,既不能大,也不會小。 如果是這樣的話,引力子就是以光子的速度前進的。 這就意味著,如果太陽消失的話,它所放出的最後的引力子將與最後的光子同時抵達地球。 在我們最後看見太陽的一瞬間,也同時失掉了它的吸引力。 換句話說,引力是以光速傳播的。 第46節 在十九世紀中期,人們就已經知道了四種能越過真空發生作用的現象。 它們是:(1)引力;(2)光;(3)電吸引和電排斥;(4)磁吸引和磁排斥。 乍一看來,這四種現象彼此之間似乎根本無關,似乎沒有什麼必然聯系。 然而,在1864年到1873年這段期間內,蘇格蘭理論物理學家麥克斯韋從數學角度分析了電與磁的現象。 他發現自己得出了一些帶有根本性的關系式——麥克斯韋方程組,它們既可以用來描述電現象,又可以用來描述磁現象,這證明兩者是互相關聯的。 只要發生某種電現象,就必不可免地要發生某種確定的磁現象,反過來也是這樣。 換句話說,我們可以提出一種叫做「電磁場」的提法。 這種電磁場存在於真空中,並在接觸到空間中的一個物體時,就按照它自己在接觸點上的場強來影響這個物體。 不僅如此,麥克斯韋還證明,如果設法使電磁場以規則的方式發生振動,它就會從這個振動中心向各個方向送出一種輻射,輻射的速度等於光的速度。 光本身就是這樣的一種「電磁輻射」。 麥克斯韋還預言存在著其他形式的光,不過它們的波長分別要比普通光長得多或短得多。 二十多年以後,這兩種光都被人們發現了。 現在我們總是說整個「電磁波譜」。 因此,本節開始時所提到的四種現象中,有三種(電、磁、光)已經結合成為一種場了。 但還有引力場沒有被考慮到。 這樣,我們就還有:(1)電磁場;(2)引力場。 它們看起來似乎是兩種無關的場。 然而,物理學家認為,如果只存在一種場(這就是「統一場」),事情就會簡單得多,因此,他們一直在尋找一種既能描述電磁效應,又能描述引力效應的理論,以便能夠用一種場的存在去描述另一種場存在的本性。 不過,現在看來,即使發現了這種能把電磁效應和引力效應結合起來考慮的方程組、我們也還是沒有找到真正的統一場:自1935年以來,又發現了兩種新的場。 這兩種場都只對亞原子粒子才有影響,而且只在不大於原子核直徑的距離內才起作用,它們就是「強相互作用」和「弱相互作用」。 真正的統一場論必須能把已知的這四種場都解釋清楚才行。 第47節 牛頓在17世紀80年代首次總結出了物體的運動定律。 根據這些定律,不同的運動可以按照簡單的算術法則相加起來。 假設有一列火車以每小時20公里的速度從你身邊駛過,而車上又有個孩子以每小時20公里的速度向列車行進方向拋擲一只小球。 在和列車一起前進的這個孩子看來,小球的速度是每小時20公里。 而在你看來,火車的運動要和小球的運動加在一起,結果,小球就以每小時40公里的速度運動了。 所以,你能夠看出,不能單單就小球來確定它的速度。 速度是相對於某個特定觀察者而言的。 任何一種試圖解釋速度(及有關的其它現象)在不同觀察者看來的變化情況的運動理論,都是一種「相對論」。 愛因斯坦的與眾不同的相對論源於這樣一件事實:在火車上扔小球的這種做法,似乎對於光就不再適用了。 光是能夠順著或逆著地球的運動方向運動的。 在前一種情況下,它似乎會傳播得比後一種情況下快。 這正象飛機在順風飛行時相對於地面的速度要比逆風飛行時高一些一樣。 然而,對光速所進行的最精密的測量表明,無論發光的光源如何運動,光速永遠是不變的。 因此,愛因斯坦宣稱:假設光在真空裏的速度已經測得,那麼,它將永遠保持這個速度不變(每秒30萬公里),在任何情況下都是如此。 對於這一設想,宇宙間的各種定律相應地又該怎樣安排呢? 愛因斯坦發現,為了保證光速是一個恒量,人們必須接受許許多多出乎意料的事情。 他發現,隨著物體運動速度的增加,物體在運動方向上會變得越來越短,直到在達到光速時,長度變到零為止;與此同時,物體的質量會變得越來越大,在達到光速時,質量會變為無窮大。 他還發現,當物體的運動速度越來越小時,在運動物體上時間流逝的速度也會不斷減小,而在達到光速時,時間就會完全停止。 他又發現,質量等價於一定的能量,能量也等價於一定的質量,等等。 他把上述對勻速運動物體的所有規律歸納起來,並於1905年以「狹義相對論」的名稱予以發表。 1915年,他又在討論變速運動物體的規律方面得出了更為深奧的結果,同時還對引力作用進行了一番新的表述。 這些成果被稱為「廣義相對論」。 只有當物體有很大的運動速度時,愛因斯坦所預言的某些變化才能被人們所察覺。 亞原子粒子就有這樣的速度。 人們對亞原子粒子進行觀測,發現愛因斯坦的預言是正確的,而且還是十分正確的。 老實說,如果愛因斯坦的相對論是錯誤的,我們那些轟擊原子的裝置就無法運轉,原子彈也不會爆炸,某些天文觀測也無法進行了。 不過,在通常的速度下,愛因斯坦所預言的各種效應都是極小的,因此可以被忽略掉。 這時,牛頓定律的簡單的算術加法就起作用了。 由於在我們所處的環境中,牛頓定律總是適用的,因此,它們被我們看作是一種「常識」。 而愛因斯坦的定律卻被看成「不可思議的」。 第48節 施加給一個物體的能量可以通過多種途徑對這個物體產生作用。 如果,鐵錘敲在懸空的釘子上,釘子就會得到動能,也就是得到運動的能量,而向外飛去。 如果鐵錘敲在嵌入硬木裏的釘子上,那麼,釘子就不會運動,這時,它仍然會得到能量,但這個能量表現為熱的形式。 阿爾伯特·愛因斯坦在他的相對論中指出,質量可以看作是能量的一種形式(原子彈的發明已經確鑿地證明他這種說法是正確的)。 這樣一來,如果對一個物體施加能量,那麼,這個能量不但可以通過其他形式表現出來,也可以表現為質量的形式。 在一般條件下,物體所獲得的表現為質量的能量實在微乎其微。 因此,過去從來沒有人能夠把這樣小的質量測量出來。 直到二十世紀,當人們觀察到亞原子粒子以每秒數萬公里的速度運動時,才找到了質量的增加大到能夠探測出的事例。 一個以每秒約256,000公里速度相對於我們而運動的物體,當我們對它進行測量時,它的質量將是它相對於我們靜止不動時的質量的兩倍。 如果對任何一個正在自由運動的物體施加能量,那麼能量可以通過下列兩種途徑之一進入物體內部:(1)所施加的能量表現為速度,結果,物體的運動速度就增大了;(2)所施加的能量表現為質量,結果,物體就變得「重一些」。 當我們對這個物體進行測量時,它所得到的這兩種能量形式之間的區別,決定於我們所測量到的這個物體的起始運動速度。 要是這個物體以一般速度運動,那麼,所施加的能量實際上會全部以速度的形式進入物體內部,這時,它會運動得越來越快,而它的質量幾乎絲毫不變。 第17頁完,請繼續下一頁。喜歡 Amohot 驚悚小說,請記得按讚、收藏及分享
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《你知道嗎》
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